JP4935566B2 - 車両用燃料電池システムおよび車両用燃料電池システムにおける運転温度の制御方法 - Google Patents
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Description
Q1t=(Q1×Ts)/2・・・・(Q1=P/E−P)
総放熱量Q2tは、ラジエータ32における現在の放熱量Q2と、減速時間Tsとに基づいて算出される。現在の放熱量Q2は、冷却系による燃料電池スタック1の放熱に起因する放熱パラメータより算出される。この放熱パラメータとしては、ラジエータ32を通過する風量、外気温と燃料電池スタック1の運転温度との温度差、外気圧、および、ラジエータ32を流れる冷媒流量が挙げられる。これらの放熱パラメータは、検出部5から読み込まれた検出値を参照することにより、特定することができる。具体的には、ラジエータ32を通過する風量は、車速およびラジエータファン33の回転数から特定可能であり、燃料電池スタック1の運転温度としては、入口冷媒温度から特定可能である。また、ラジエータ32を流れる冷媒流量は、冷媒循環ポンプ31の回転数および三方弁34の開度から特定可能である。なお、放熱パラメータは、上記したパラメータの全てを用いることが好ましいが、それらの少なくとも一つに基づいて、現在の放熱量Q2を算出してもよい。
Q2t=(Q2×Ts)/2
そして、総放熱量Q2tから総発熱量Q1tを減算することにより、冷媒の低下に要せられるエネルギー、すなわち、放熱可能熱量Q3t(=Q2t−Q1t)が算出される。そして、算出された放熱可能熱量Q3tを燃料電池システムの熱容量で除算することにより、冷媒低下温度Aが算出される。
2 出力取出装置
3 電動モータ
4 バッテリ
5 検出部
10 燃料タンク
11 水素調圧バルブ
12 水素循環ポンプ
13 パージバルブ
14 水素希釈装置
20 コンプレッサ
21 空気調圧バルブ
31 冷媒循環ポンプ
32 ラジエータ
33 ラジエータファン
34 三方弁
40 コントロールユニット
41 算出部
42 制御部
Claims (9)
- 車両用燃料電池システムにおいて、
燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
冷媒を循環させて前記燃料電池を冷却する冷却手段と、
ドライアウトを考慮して燃料電池の取出電流に応じた上限温度を設定する上限温度設定手段と、
現在の車速からの車両減速時に前記燃料電池から放熱可能な熱量を放熱可能熱量として算出するとともに、当該放熱可能熱量と減速後の取出電流における上限温度と、に基づいて、燃料電池の目標運転温度を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された目標運転温度に基づいて、前記冷却手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする車両用燃料電池システム。 - 前記算出手段は、
前記上限温度設定手段にて設定される、前記燃料電池の取出電流に応じたドライアウト上限温度、及び、
燃料電池の最低取出電流に対応するドライアウト上限温度に、前記放熱可能熱量と燃料電池の熱容量から求められる前記冷媒により低下される温度を加算した温度、
のうち、値の小さい方を目標運転温度として算出することを特徴とする請求項1に記載された車両用燃料電池システム。 - 前記算出手段は、車両が現在の車速から減速を開始して停止するまでの時間を減速時間として算出するとともに、前記減速時間において冷却手段によって前記燃料電池から放熱されるトータルの熱量である総放熱量から、前記減速時間において前記燃料電池が発熱するトータルの熱量である総発熱量を減算することにより、前記放熱可能熱量を算出することを特徴とする請求項1または2に記載された車両用燃料電池システム。
- 前記算出手段は、車両が走行している走行環境を示す走行パターンをさらに考慮して、前記減速時間を算出することを特徴とする請求項3に記載された車両用燃料電池システム。
- 前記算出手段は、前記燃料電池の出力と、当該燃料電池の発電効率と、前記減速時間とに基づいて、前記総発熱量を算出することを特徴とする請求項3または4に記載された車両用燃料電池システム。
- 前記冷却手段は、冷媒を前記燃料電池に循環させる冷却流路と、前記冷却流路内の冷媒を循環させる冷媒循環ポンプと、前記冷却流路に設けられたラジエータと、当該ラジエータに送風するラジエータファンと、前記ラジエータを迂回して冷媒を循環させるバイパス流路と、前記バイパス流路に対する流量割合を設定する三方弁とで構成されており、
前記算出手段は、前記冷却手段による前記燃料電池の放熱に起因する放熱パラメータと、減速時間とに基づいて、前記総放熱量を算出しており、
前記放熱パラメータは、ラジエータを通過する風量、外気温と燃料電池の運転温度との温度差、外気圧、および、ラジエータを流れる冷媒流量の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項3から5のいずれか一項に記載された車両用燃料電池システム。 - 前記算出手段は、システムの運転状態に基づいて、車両減速後、前記燃料電池から取り出しが必要となる取出電流を余剰取出電流として算出するともに、
前記燃料電池から取り出す取出電流の現在値に対応するドライアウト上限温度と、前記最低取出電流と前記余剰取出電流との加算値に対応するドライアウト上限温度に前記冷媒の低下温度を加算した温度とのうち、値の小さい方を目標運転温度として算出することを特徴とする請求項2に記載された車両用燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記算出部によって算出された余剰取出電流がゼロよりも大きい場合、前記燃料電池から取り出す取出電流の下限制限値を、最低取出電流に前記余剰取出電流を加算した電流値に設定することを特徴とする請求項7に記載された車両用燃料電池システム。
- 車両用燃料電池システムにおける運転温度の制御方法において、
ドライアウトを考慮して燃料電池の取出電流に応じた上限温度を設定する上限温度設定ステップと、
現在の車速からの車両減速時に前記燃料電池から放熱可能な熱量を放熱可能熱量として算出するとともに、当該放熱可能熱量と減速後の取出電流における上限温度と、に基づいて、燃料電池の目標運転温度を算出する算出ステップと、
前記算出ステップによって算出された目標運転温度に基づいて、冷媒を循環させて燃料電池を冷却する冷却手段を制御する制御ステップと、
を有することを特徴とする車両用燃料電池システムにおける運転温度の制御方法。
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